杨柳煤矿地面变压器供电系统电磁节电技术设计

朱 昂

（淮北矿业集团公司 杨柳煤矿，安徽 淮北235000）

1 电能质量与电力系统安全稳定运行

基于电力系统稳态运行的电能质量指标主要是频率偏差、电压偏差、三相不平衡度、谐波、电压波动和闪变。应该说，稳态运行的控制目标就是满足上述电能质量指标的限值范围，几乎所有控制设备也是基于上述目标而研制开发的。

稳态电能质量指标与系统运行的关系主要表现在其指标下降产生的危害及其可能导致的事故，以及事故的发展可能造成更大的系统安全稳定问题。

电压偏差及其变化可以刻划重负荷情况下引起电压失稳的轨迹；频率偏差及其变化描述了系统供电中断、事故范围扩大、电网解列等方面；对设备的危害主要从发热（集肤效应）、振动噪音（负序效应）、绝缘（峰值）、过零点问题等方面危及电机、变压器、开关、保护、自动装置的安全稳定运行。

2 杨柳煤矿地面变压器用电系统分析

2.1 变压器统计

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2.2 电网电能质量分析

随着大功率、非线性元器件在电力系统中的大量应用，使得电力系统波形严重畸变，电网电能质量令人担忧。电网上各种负载的频繁启动、关闭，在电网中形成一系列尖峰干扰、电压波动甚至是瞬间失电。所有这些电能质量问题，在用户负载上必然表现为各种损耗增加、发热量增大、电机力矩下降、运行效率降低。

2.3 设计冗余分析

一般情况下，厂矿企业电机和负载都是按照最大负荷的1.1～1.3倍来设计的，因为考虑到在极端不利情况下满足系统正常工作的需要。这在实际运行中就造成了“大马拉小车”的现象。这种情况下系统的效率是不高的。

2.4 过剩电压分析

在电力供应输送的过程中，电力公司为了避免送电过程中的损耗，以及高峰用电时段所造成末端用户电压过低的情况，会以较高的电压输送电力，因此用户实际承受的电压一般高于设备的额定电压。多余的电压不仅不能让负载更有效率的运转，反而是导致设备发热的主要原因，在此情况下不但造成用户用电的损耗而增加电费的支出，并且使用电设备增加损耗发热而缩短其使用寿命。

2.5 负载容量过高

用电负载的负载率在晚上6 点以后，一般单位的负载会更大，用电质量会比正常情况还要差，不仅浪费了大量的电力，还会对变压器、电容器一些控制设备造成严重的损害，如负载过高的话会使电源的质量降低，产生大量的谐波和浪涌，会大大的缩短变压器及有关设备的寿命。

2.6 高次谐波分析

用户电网用电谐波失真率较大，包括电压失真率和电流失真率，其组成主要包括3 次、5 次以及7 次的谐波超过国家的标准值（国家的标准谐波失真率是在2%～5%以内）。

3 系统电磁节电技术原理

基本原理

系统电磁节电技术，运用最先进的电磁调控原理，在不改变原有变压器系统供电方式和不改变电动机转速的情况下，采用电磁调控、电磁平衡等技术与控制电路完美组合，实现大幅提高节电效果与净化电网质量双重目标。

系统电磁节电技术，通过监测系统负载变化的情况，通过电磁调控原理控制变压器系统输出功率，控制系统供给到电器设备的功率为实际需要的功率，达到用电匹配，并将多余的能量反馈给电网。

系统电磁节电技术，可以优化系统电源，降低系统运行功率损耗，使三相电压平衡得到改善，减少电器设备附加损耗，提高了系统用电效率，从而有效实现了系统综合节电，系统平均节电率可达到10%以上。

4 节能改造方案

4.1 工广变电所2 台1600KVA 变压器系统电磁节电改造方案

由于工况相同，以1 台1600KVA 变压器1# 系统为例说明。

（1）系统工况

节能改造系统为：1 台1600KVA 变压器，型号：SCB9-1600/6；额定容量：1600KVA；额定电压：6KV/400V；额定电流：2309.5A；工作电压：400V；负荷率：70%；工作电流：1280A。

（2）节电改造方案

在变压器的低压侧，串联安装1 台与变压器额定功率相同的1600KVA 系统电磁节电装置。安装位置：室内无位置，户外箱变可安装。

电磁节电改造前：

电磁节电改造后：

工作电压为380V，工作电流下降10%～15%，约为1088A～1152A；

负载节电率约为：（P1－P2）／P1×100%＝（887－758）／887＝14.5%

（1）系统工况

节能改造系统为：1 台800KVA 变压器，型号：SCB9-800/6；额定容量：800KVA； 额定电压：6KV/400V； 额定电流：1155A； 工作电压：400V；负荷率：70%；工作电流：640A。

（2）节电改造方案

在变压器的低压侧，串联安装1 台与变压器额定功率相同的800KVA 系统电磁节电装置。安装位置：室内无位置，户外箱变可安装。

电磁节电改造前：

电磁节电改造后：

工作电压为380V，工作电流下降10%～15%，约为544A～576A；

负载节电率约为：（P1－P2）／P1×100%＝（443－379）／443＝14.4%

4.2 选煤厂2 台1600KVA 变压器系统电磁节电改造方案

由于工况相同，以1 台1600KVA 变压器1# 系统为例说明。

（1）系统工况

节能改造系统为：1 台1600KVA 变压器，型号：SCB10-1600/6；额定容量：1600KVA；额定电压：6KV/660V；额定电流：1338.6A；工作电压：690V；负荷率：70%；工作电流：937A。

（2）节电改造方案

在变压器的低压侧，串联安装1 台与变压器额定功率相同的1600KVA 系统电磁节电装置。安装位置：室内无位置，户外箱变可安装。

电磁节电改造前：

电磁节电改造后：

工作电压为660V，工作电流下降11%～15%，约为796A～834A；

负载节电率约为：（P1－P2）／P1×100%＝（1120－953）／1120＝14.9%

（3）年节电量概算

△W＝Sn×COSФ×T×Ke×Re

式中：△W——年节电量（KWh）

Sn——变压器系统的容量（1600KVA×2）

COSФ——功率因数（0.8）

T——年工作时间（7920h）

Ke——系统负载率（70%）

Re——节电率（按15%计算）

年节电量：△W＝1600×2×0.8×7920×70%×15%＝213 万KWh

4.3 经济效益

电磁节电改造后，每年可以节约用电量532 万KWh，按每度电单价0.74 元计算，每年可为企业节约电费394 万元。

从以上分析可知，项目节能改造完成后，不仅可消除系统设计的冗余量，提高系统运行效率，更能优化电源质量，降低系统运行成本，延长设备使用寿命，减少设备维修成本，从而有效实现了系统综合节电的目的。